Každá buňka začíná svůj život, když se oddělí od mateřské buňky, a končí svou existenci, což umožňuje vznik dceřiných buněk. Příroda poskytuje více než jeden způsob, jak rozdělit jejich jádro, v závislosti na jejich struktuře.
Metody buněčného dělení
Jaderné dělení závisí na typu buňky:
- Binární štěpení (nalezeno u prokaryot).
- Amitóza (přímé dělení).
- Mitóza (nalezená u eukaryot).
- Meióza (určeno pro dělení zárodečných buněk).
Typy jaderného dělení jsou dány přírodou a odpovídají struktuře buňky a funkci, kterou plní v makroorganismu nebo sama o sobě.
Binární štěpení
Tento typ je nejběžnější v prokaryotických buňkách. Spočívá ve zdvojení kruhové molekuly DNA. Binární štěpení jádra se tak nazývá, protože z mateřské buňky vycházejí dvě dceřiné buňky stejné velikosti.
Poté, co se vhodným způsobem připraví genetický materiál (molekula DNA nebo RNA), to znamená zdvojnásobí, začíná z buněčné stěnyvzniká příčná přepážka, která se postupně zužuje a rozděluje cytoplazmu buňky na dvě přibližně stejné části.
Druhý proces štěpení se nazývá pučení neboli nerovnoměrné binární štěpení. V tomto případě se na místě buněčné stěny objeví výčnělek, který postupně roste. Poté, co se velikost "ledviny" a mateřské buňky vyrovnají, dojde k jejich oddělení. A část buněčné stěny je znovu syntetizována.
Amitóza
Toto jaderné dělení je podobné tomu popsanému výše, s tím rozdílem, že nedochází k duplikaci genetického materiálu. Tuto metodu poprvé popsal biolog Remak. Tento jev se vyskytuje v patologicky změněných buňkách (degenerace nádoru) a je také fyziologickou normou pro jaterní tkáň, chrupavku a rohovku.
Proces jaderného dělení se nazývá amitóza, protože buňka si zachovává své funkce a neztrácí je, jako při mitóze. To vysvětluje patologické vlastnosti vlastní buňkám s touto metodou dělení. Navíc přímé dělení jádra probíhá bez štěpného vřeténka, takže chromatin v dceřiných buňkách je nerovnoměrně distribuován. Následně takové buňky nemohou využívat mitotický cyklus. Někdy amitóza vede k tvorbě mnohojaderných buněk.
Mitóza
Toto je nepřímé jaderné štěpení. Nejčastěji se vyskytuje v eukaryotických buňkách. Hlavní rozdíl mezi tímto procesem je ten, že dceřiné buňky a mateřská buňka obsahují stejný počet chromozomů. Tímv těle je zachován potřebný počet buněk a jsou možné i procesy regenerace a růstu. Flemming byl první, kdo popsal mitózu ve zvířecí buňce.
Proces jaderného dělení se v tomto případě dělí na interfázi a přímou mitózu. Interfáze je klidový stav buňky mezi děleními. Lze jej rozdělit do několika fází:
1. Presyntetické období - buňka roste, hromadí se v ní bílkoviny a sacharidy, aktivně se syntetizuje ATP (adenosintrifosfát).
2. Syntetické období – Genetický materiál je zdvojnásoben.
3. Postsyntetické období - buněčné elementy se zdvojují, objevují se proteiny, které tvoří dělicí vřeteno.
Fáze mitózy
Dělení jádra eukaryotické buňky je proces, který vyžaduje vytvoření další organely – centrosomu. Nachází se vedle jádra a jeho hlavní funkcí je tvorba nové organely - dělícího vřeténka. Tato struktura pomáhá rovnoměrně distribuovat chromozomy mezi dceřinými buňkami.
Existují čtyři fáze mitózy:
1. Profáze: Chromatin v jádře kondenzuje do chromatid, které se shromažďují v blízkosti centromery a tvoří chromozomy v párech. Nukleoly se rozpadají a centrioly se pohybují k pólům buňky. Vznikne štěpné vřeteno.
2. Metafáze: Chromozomy se seřadí v linii procházející středem buňky a tvoří desku metafáze.
3. Anafáze: Chromatidy se pohybují ze středu buňky k pólům a potom se centromera rozdělí na dvě části. Takovýpohyb je možný díky dělícímu vřetenu, jehož vlákna se stahují a natahují chromozomy v různých směrech.
4. Telofáze: Vznikají dceřiná jádra. Chromatidy se znovu změní na chromatin, vytvoří se jádro a v něm - jadérka. Vše končí rozdělením cytoplazmy a vytvořením buněčné stěny.
Endomitóza
Nárůst genetického materiálu, který nezahrnuje dělení jádra, se nazývá endomitóza. Nachází se v rostlinných a živočišných buňkách. V tomto případě nedochází k destrukci cytoplazmy a obalu jádra, ale chromatin se mění na chromozomy a poté opět despiralizuje.
Tento proces produkuje polyploidní jádra se zvýšeným obsahem DNA. Podobné se vyskytuje u buněk tvořících kolonie červené kostní dřeně. Kromě toho existují případy, kdy molekuly DNA zdvojnásobí svou velikost, zatímco počet chromozomů zůstává stejný. Říká se jim polyten a lze je nalézt v hmyzích buňkách.
Význam mitózy
Mitotické jaderné dělení je způsob, jak udržet konstantní sadu chromozomů. Dceřiné buňky mají stejnou sadu genů jako matka a všechny vlastnosti, které jsou jí vlastní. Mitóza je vyžadována pro:
- růst a vývoj mnohobuněčného organismu (ze splynutí zárodečných buněk);
- přesun buněk ze spodních vrstev do horních a také výměna krvinek (erytrocyty, leukocyty, krevní destičky);
- obnova poškozených tkání (u některých zvířat je schopnost regenerace jenezbytná podmínka pro přežití, jako jsou hvězdice nebo ještěrky);
- nepohlavní rozmnožování rostlin a některých živočichů (bezobratlých).
Meióza
Mechanismus jaderného dělení zárodečných buněk je poněkud odlišný od somatického. Výsledkem jsou buňky, které mají o polovinu méně genetické informace než jejich předchůdci. To je nezbytné pro udržení konstantního počtu chromozomů v každé buňce těla.
Meióza probíhá ve dvou fázích:
- redukční fáze;
- rovnicová fáze.
Správný průběh tohoto procesu je možný pouze u buněk se sudým souborem chromozomů (diploidní, tetraploidní, hexaproidní atd.). Samozřejmě je stále možné podstoupit meiózu v buňkách s lichou sadou chromozomů, ale potomstvo nemusí být životaschopné.
Právě tento mechanismus zajišťuje sterilitu v mezidruhových manželstvích. Protože pohlavní buňky obsahují různé sady chromozomů, je pro ně obtížné sloučit se a produkovat životaschopné nebo plodné potomstvo.
První dělení meiózy
Název fází opakuje ty v mitóze: profáze, metafáze, anafáze, telofáze. Existuje však řada významných rozdílů.
1. Profáze: dvojitá sada chromozomů provádí řadu transformací, procházejících pěti stádii (leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineze). To vše se děje díky konjugaci a křížení.
Konjugace je spojení homologních chromozomů. Mezi nimi se tvoří leptotentenkými vlákny, pak v zygotenu jsou chromozomy spojeny do párů a výsledkem jsou struktury čtyř chromatid.
Crossingover je proces křížové výměny úseků chromatid mezi sesterskými nebo homologními chromozomy. K tomu dochází ve fázi pachytenu. Vznikají křížení (chiasmata) chromozomů. Takových výměn může mít člověk od třiceti pěti do šedesáti šesti. Výsledkem tohoto procesu je genetická heterogenita výsledného materiálu neboli variabilita zárodečných buněk.
Když přijde diplotenní stadium, komplexy čtyř chromatid se rozpadnou a sesterské chromozomy se vzájemně odpuzují. Diakineze dokončuje přechod z profáze do metafáze.
2. Metafáze: Chromozomy se řadí poblíž rovníku buňky.
3. Anafáze: Chromozomy, které se stále skládají ze dvou chromatid, se pohybují od sebe směrem k pólům buňky.
4. Telofáze: Vřeteno se rozpadne a výsledkem jsou dvě haploidní buňky s dvojnásobným množstvím DNA.
Druhá divize meiózy
Tento proces se také nazývá „mitóza meiózy“. V okamžiku mezi dvěma fázemi nedochází k duplikaci DNA a buňka vstupuje do druhé profáze se stejnou sadou chromozomů, která jí zbyla po telofázi 1.
1. Profáze: chromozomy kondenzují, buněčný střed se odděluje (jeho zbytky se rozcházejí směrem k pólům buňky), ničí se jaderný obal a vzniká dělicí vřeténka, umístěné kolmo k vřeténku z prvního dělení
2. Metafáze: chromozomy jsou umístěny na rovníku, tvoří semetafázová deska.
3. Anafáze: Chromozomy se dělí na chromatidy, které se od sebe vzdalují.
4. Telofáze: v dceřiných buňkách se tvoří jádro, chromatidy se despiralizují na chromatin.
Na konci druhé fáze máme z jedné rodičovské buňky čtyři dceřiné buňky s poloviční sadou chromozomů. Pokud k meióze dochází ve spojení s gametogenezí (tedy tvorbou zárodečných buněk), pak je dělení náhlé, nerovnoměrné a vzniká jedna buňka s haploidní sadou chromozomů a třemi redukčními tělísky, která nenesou potřebnou genetickou informaci. Jsou nezbytné, aby se ve vajíčku a spermii zachovala pouze polovina genetického materiálu rodičovské buňky. Navíc tato forma jaderného dělení zajišťuje vznik nových kombinací genů a také dědičnost čistých alel.
U prvoků existuje varianta meiózy, kdy v první fázi dochází pouze k jednomu dělení a ve druhé ke křížení. Vědci naznačují, že tato forma je evolučním předchůdcem normální meiózy u mnohobuněčných organismů. Mohou existovat další způsoby jaderného štěpení, o kterých vědci zatím nevědí.
